Концепция «вечных» атомных батареек звучит как решение главной проблемы современной электроники — необходимости постоянной подзарядки. Хотя текущие технологии пока не позволяют питать мощные смартфоны или электрокары, разработки в этом направлении активно продвигаются. Китайские исследователи за последний год добились значительного прогресса, увеличив удельную мощность таких источников питания на порядок.
О достижении отчиталась команда ученых из Северо-Западного педагогического университета (Northwest Normal University) совместно с компанией Gansu Zhulong Technology. Они представили новое поколение атомной батарейки Qianjiyuan Tianshu, использующей изотоп углерода-14 (14C) в сочетании с карбид-кремниевым преобразователем энергии. Важной особенностью проекта является полный отказ от иностранных компонентов и технологий, а сама разработка перешла из стадии лабораторного эксперимента в фазу подготовки к коммерциализации.
Принцип работы и преимущества
Энергия в устройстве вырабатывается за счет прямого бета-распада углерода-14. Излучаемые при распаде бета-электроны улавливаются полупроводниковыми переходами на основе карбида кремния, что генерирует электрический ток. По сути, устройство работает по аналогии с солнечной панелью, но вместо фотонов света оно преобразует излучение радиоактивного распада.
Использование 14C обусловлено его физическими свойствами: период полураспада изотопа составляет около 5730 лет. Разработчики утверждают, что за первые 50 лет эксплуатации батарейка потеряет всего 5% своей исходной мощности. Это делает технологию идеальным кандидатом для питания медицинских имплантов и кардиостимуляторов, которые сегодня требуют замены элемента питания каждые 10–15 лет.
Технический прорыв
Уровень вырабатываемой мощности значительно вырос по сравнению с предыдущими прототипами. Новая модель достигла мощности 1,13 мкВт, тогда как версия годичной давности выдавала лишь 433 нановатта.
Другие ключевые улучшения включают:
- Снижение объема радиоактивного материала: теперь используется лишь 22% от объема, применявшегося ранее.
- Рост тока и мощности: ток короткого замыкания увеличился в 2,5 раза (до 0,713 мкА), а пиковая мощность возросла в 2,6 раза.
- Компактность: эффективный объем устройства сократился до 17% от прежнего уровня (16,8 см³), что обеспечило увеличение объемной плотности мощности в 15,5 раза.
- Напряжение: показатель напряжения холостого хода зафиксирован на уровне 2,06 В.
Перспективы применения
Хотя текущие характеристики не позволяют использовать такие элементы в бытовой технике, существует высокий спрос на подобные источники питания в специализированных областях. Они могут быть незаменимы для датчиков интернета вещей, аппаратуры для полярных и глубоководных экспедиций, космических зондов, автономных узлов связи и оборонных систем. Рабочий температурный диапазон от −100 до +200 °C делает атомные батарейки Qianjiyuan Tianshu крайне перспективным решением для эксплуатации в экстремальных условиях Земли и космоса.
